【实时渲染】离线渲染跟实时渲染的区别

第一部由全CG角色打造的电影《阿凡达》，导演詹姆斯·卡梅隆制作历时4年，花费将近5亿美元为大家打开了一个全新的科幻世界。影片中全CG的纳美人举手投足与真人无异，逼真的科幻场景令人震撼，而这些精彩的画面离不开CG艺术家们的努力和离线渲染技术支持。

据了解，为了解决《阿凡达》的渲染任务，Weta Digital超级计算机每天处理多达140万个任务来渲染电影，每天运行24小时，动用了40000颗CPU，104TB内存，10G网络带宽，渲染了1个多月......通常阿凡达的每帧需要渲染几个小时，每一秒24帧，由此可看出强大的渲染集群能力对CG工作室的重要性。

什么是离线渲染？

离线渲染首先需要对物体建模，也就是用点、线、面、贴图、材质、光影、特效等元素构建逼真的物体和场景。之后，利用计算资源根据预先定义好的场景设置把模型在视点、光线、运动轨迹等因素作用下的视觉画面计算出来，这个过程我们称为渲染。渲染完成后再将图片连续播放，实现就可以达到动画效果。

它的典型应用场景主要是在建筑视觉、影视、动画、广告片等领域，其重点是艺术和视觉效果。为了获得理想的视觉效果，制作过程中需要模型师雕琢各种模型细节，需要动画师赋予角色灵动的韵味，需要灯光师营造各种艺术的氛围，需要特效师提供逼真的特效。

常用的离线渲染软件有3ds Max、Maya、Blender和Cinema 4D等，其特点是需要提前布置好场景，设置好相关渲染参数（阴影质量、光子数量、抗锯齿等等），然后再用单机或调用渲染农场进行无监管的计算，渲染。

像文中提到的制作软件，Renderbus云渲染都可以为上文提到的软件提供渲染技术支持。这里温馨提醒的是，可以选用本地机器进行渲染，也可以使用在线商用渲染农场。

离线渲染的场景中每一帧都是预先设置好的。一旦开始渲染后，每一帧需要花费数秒、数分钟甚至数小时进行渲染，而且在渲染过程中需要消耗大量的内存、CPU/GPU以及存储等资源，属于计算资源密集型应用。尤其在影视项目中，通常都有档期要求，需要在指定时间完成渲染任务，目前基本上是将任务提交到在线商业渲染农场来完成。在线商业渲染农场例如Renderbus渲染农场，就是够提供大规模并行计算集群的专业服务机构。拿2019年爆火的动画电影《哪吒之魔童降世》来说，如果想靠单独的高性能计算机的话，大概几年后才能看到这部电影，而且最终的影片画面远远达不到现在的那么精致。

离线渲染后的基本是已经完成了渲染的成品作品，而如果想要在可操作在线服务或者在线游戏上实时计算画面并显示，那就不得不说它的另一个“朋友”了，实时渲染。

实时画质渲染—实时渲染

2020年8月，一段游戏科学（Game Science）公司制作的动作角色扮演游戏《黑神话：悟空》的实机演示火爆的网络。演示中顶尖的画面、丰富的细节、沉浸的战斗体验、足量的剧情演绎，去还原一个东方魔幻世界。游戏中每一个精美的画面，都是实时渲染呈现的。

实现实时画质渲染的方式称为实时渲染。是指计算机边计算画面边将其输出显示，这种方式的典型代表有Unreal和Unity等，像游戏科学这款游戏就是使用虚幻引擎4打造的。实时渲染的特点是可以实时操控，非常方便交互，缺点是要受系统的负荷能力的限制，必要时会牺牲画面效果（模型的精细、光影的应用、贴图的精细程度）来满足实时系统的要求。实时渲染目前可应用于三维游戏、工业仿真、军事仿真、灾难模拟和产品展示等上。

实时渲染关注的是交互性和实时性，一般制作的场景需要进行优化以提高画面计算速度并减少延时。对于用户来说，任何操作，例如手指划过屏幕、鼠标点击、键盘输入…，都会导致画面重新计算，用户操作后需要实时得到反馈结果，因此实时性是非常重要的。在仿真应用中，大量数据表明，延时控制在100ms以内，普通人才不会明显感知到视觉画面和声音的不一致。

近年来，随着GPU性能的提升，实时计算的速度也越来越快，计算画面的精度也越来越高，比如一些汽车等实时展示的项目，其画面展示的车漆等元素已经可以做到美轮美奂。尤其是随着Ray-tracing（光线跟踪）等技术的应用，实时渲染的效果越来越逼真。

目前国内已经有一些可以提供实时渲染的云平台，如3DCAT实时渲染云平台等可以体验炫目的实时渲染应用。3DCAT是一个三维应用的托管运行平台，在云端提供强大的图形实时渲染计算服务，平台配备弹性GPU资源集群，支持自动负载均衡和伸缩扩容，支持海量用户同时安全访问应用,让任意设备，随时随地访问您的3D应用。